Un algorithme universel pour régler les microscopes

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Améliorer la résolution d'un microscope grâce à un algorithme© 2019 EPFL

Améliorer la résolution d'un microscope grâce à un algorithme © 2019 EPFL

Des chercheurs de l’EPFL ont mis au point un algorithme qui, à partir d’une seule image, est capable d’estimer si un microscope à super-résolution a atteint sa résolution maximale ou non. Cet outil, compatible avec tous types de microscopes, pourrait équiper les microscopes automatiques du futur.

Depuis l’invention des microscopes à super-résolution, il y a près de 30 ans, les scientifiques peuvent observer des structures subcellulaires, des protéines et des tissus vivants avec une précision sans précédent. Ces microscopes mesurent les émissions fluorescentes naturelles de certaines molécules, ou celles de fluorophores artificiels, et exploitent certaines propriétés quantiques des fluorophores. Ils peuvent ainsi contourner la limite habituelle de résolution des images due à la diffraction de la lumière.

Seulement, la qualité des images varie largement en fonction des microscopes, mais aussi des réglages. La puissance du laser, l’alignement des composants, mais aussi des propriétés de l’échantillon à observer jouent un rôle majeur pour la qualité de l’image.

A la Faculté des sciences et techniques de l’EPFL, l’équipe du Laboratoire de biologie à l’échelle nanométrique d’Aleksandra Radenovic a mis au point un algorithme qui permet, à partir d’une seule image, d’en estimer la résolution en quelques secondes. En somme, il indique la marge de progression d’un microscope donné, pour qu’il atteigne ses meilleures performances.
L’étude est publiée dans Nature Methods. Ce nouvel outil pourrait équiper les futurs microscopes automatiques, qui ont récemment fait leur apparition dans le milieu de la recherche.

Une seule image

Pour mettre au point leur « estimateur » de résolution, les chercheurs ont adapté la célèbre transformation de Fourier, ce qui leur permet d’extraire le maximum d’informations contenues dans une seule image.

En quelques secondes, l’algorithme obtient un nombre unique. «Ce nombre peut être comparé avec un autre nombre : celui de la résolution théorique maximale d’un microscope donné», explique Adrien Descloux, premier auteur de la publication. «Ainsi, la différence entre ces deux nombres permet de savoir si le microscope exploite son potentiel au maximum. Il est ensuite possible de modifier les conditions expérimentales, et d’observer comment la résolution évolue.»

La technique des chercheurs de l’EPFL s’applique à toutes les modalités d’imagerie, incluant les modèles à super-résolution. «Face à l’émergence des microscopes automatisés, où tout sera réglé par ordinateur, notre algorithme est prometteur», évoque Aleksandra Radenovic. C’est en effet la première fois qu’un algorithme peut estimer la résolution d’un microscope à partir d’une seule image. Jusqu’à présent, deux images étaient nécessaires, et les résultats incertains, car ils dépendaient largement de la façon dont les images étaient effectuées au préalable.

Pour permettre une large utilisation de cette nouvelle technique, les scientifiques ont mis leur algorithme en ligne, en tant que plug in open source. Les chercheurs peuvent y télécharger le nouvel outil et obtenir l’algorithme. «Cet outil est particulièrement utile pour optimiser les conditions d’imagerie lorsqu’il s’agit d’observer des processus dynamiques.», conclut Adrien Descloux. 

Références

A. Descloux, K.S. Grußmayer, A. Radenovic, Parameter-free image resolution estimation based on decorrelation analysis, Nature Methods, 2019